سنجش سیگنال در فضا با میکروکوپتر

Signal-in-space Measurements using Microcopters

چکیده

مقدمه

طراحی یک سامانه اندازه گیری

ناوبری دقیق با استفاده از RTK

دریافت و پردازش سیگنال

آنتن ها و نمود RF

پردازش سیگنال

تکنیک نمونه برداری کمینه

آزمون ها و نتایج پرواز

ILS LOC

GBAS

نتیجه گیری

فعالیت های آتی

منابع

چکیده

یک فرآیند اندازه گیری مبتنی بر سامانه هوایی بدون سرنشین (UAS) برای تکمیل بازرسی متعارف پرواز در وسایل کمکی ناوبری زمینی توصیف گشته است. برخلاف بازرسی پرواز معمولی با یک هواپیما، این پلت فرم اجازه پرواز شبه ثابت در سطح زمین را در مناطق حیاتی با زمان مشاهده طولانی و بدون استفاده از هلیکوپترهای سرنشین دار گرانقیمت برای حمل تجهیزات و آنتن های اندازه گیری می دهد.
میکروکوپتر محموله ای را حمل می کند که شامل یک آنتن خطی کوتاه و یک سامانه دریافت / ثبت پهن باند مبتنی بر FPGA بسیار کوچک است. برخلاف روش های مرسوم، سیگنال در فضای میانگذر اولیه که در بر دارنده پهنای باند کانال کامل است با نرخ داده های بالا نمونه برداری شده و مستقیماً بدون هیچ گونه پیش پردازشی ثبت می گردد. این امر منجر به حفظ فرصت حداکثری برای پساپردازش هر سیگنال جهت استخراج همه پارامترهای ضروری مد نظر می گردد. در میان پارامترهای هدایت پرواز معمولی مانند DDM، ماهیت پراکنده سازها را در دامنه های زمان و فرکانس می توان نشان داد. همه داده ها از نظر زمان با بردار پرواز حاصل از سامانه موقعیت پیشرفته آنبورد هماهنگ شده است.
این مقاله به توصیف تجربیات حاصل از این سامانه می پردازد و در ابتدا نتایج اندازه گیری به دست آمده از مکان یاب ILS و تاسیسات VOR را توصیف می نماید.

نتیجه گیری

یک روش جدید مبتنی بر پلت فرم اوکتوکوپتر UAS برای اندازه گیری سیگنال در فضای Navaid و GBAS معرفی شد. طراحی و ادغام موفق و بسیار چالش برانگیز فناورانه یک UAS کوچک تجاری در دسترس با یک سامانه ثبت چندکاناله پهن باند مبتنی بر FPGA، آنتن تنظیم شده، گیرنده های با عملکرد بالا و عناصر طراحی ضروری برای فعالیت اوکتوکوپتر در مجاورت توربین های بادی و NAV و یا سامانه های راداری، سطح بالا و تاکنون ناشناخته ای از بینش درباره رفتار سیگنال RF و تعامل مربوط به انتشار را با زمینه های توپوگرافی نصب و راه اندازی زمینی ارائه می کند. با توجه به اندازه کوچک و قابلیت پرواز در سطح زمین، سامانه های مزبور برای انجام بازرسی پرواز مرسوم بسیار مناسب هستند. به طور خاص، در مواردی که به زمان مشاهده طولانی برای SIS نیاز است و یا هواپیماهای معمولی قادر به دستیابی به موقعیت های اندازه گیری مورد نظر نیستند، UAS توصیف شده دستیابی به داده های مربوطه را میسر می سازد.

Abstract

An unmanned aerial system (UAS)-based measurement process to supplement conventional flight inspection of terrestrial navigation aids is described. In contrast to typical flight inspection with an aircraft, the platform allows quasistationary hovering in critical areas with extended observation times, without using expensive manned helicopters to carry measurement equipment and antennas.
A microcopter carries the payload which consists of a short linear antenna and a highly miniaturized, FPGA-based large bandwidth receiving/recording system. In contrast to conventional methods, the raw band pass signal-in-space covering the complete channel bandwidth is sampled at a high data rate, and is directly recorded without any preprocessing whatsoever. This preserves maximum opportunities for any signal post-processing to extract all essential parameters of interest. Among typical flight guidance parameters such as DDM, the nature of scatterers can be shown in the time and frequency domains. All data is synchronized in time with the flight vector gained from an advanced on-board position system.
The paper describes experiences gained with the system, and provides first measurement results obtained from ILS localizer and VOR facilities.

CONCLUSIONS

A new method based on a UAS octocopter platform was introduced to measure the signal-inspace of Navaids and GBAS. The successful, technologically highly challenging design and integration a small commercially available UAS with an FPGA based high bandwidth multichannel recording system, calibrated antennas, high-performance receivers and the design elements necessary to operate the octocopter in the vicinity of wind turbines and NAV or radar systems provides a so far unknown high level of insight into RF signal behavior and propagationrelated interaction with the topographic context of the ground installation. Due to their small size and hovering capability such systems are well suited to supplement conventional flight inspection. Especially where prolongued observation times of the SIS are required and/or conventional aircraft are unable to reach the measurement positions of interest, the UAS described will allow to obtain the relevant data.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

سنجش سیگنال در فضا با میکروکوپتر

Signal-in-space Measurements using Microcopters